(57)【要約】  基板の表面に耐エッチング性膜を形成する工程と、メッシュ状のブラストマスク３を耐エッチング性膜に対して被着する工程と、ブラスト加工処理を施すことにより耐エッチング性膜のブラストマスク３の被着しない領域に微細開口４を形成する工程と、ブラストマスクを取り外す工程と、開口が形成された耐エッチング性膜を用いてエッチングを施す工程と、耐エッチング性膜を除去する工程と、を含む。
2011122353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に保護膜を形成する第１の工程と、
規則的に配置された開口を有する着脱可能なブラストマスクを前記保護膜に対して被着する第２の工程と、
前記ブラストマスクを通してブラスト加工処理を施すことにより前記保護膜の前記ブラストマスクの被着しない領域に開口を形成する第３の工程と、
前記ブラストマスクを取り外す第４の工程と、
前記開口が形成された前記保護膜をエッチングマスクとして、前記基板における前記保護膜が形成された面に対して、前記保護膜が耐性を有する条件でエッチングを施す第５の工程と、
前記保護膜を除去する第６の工程と、
を含むことを特徴とする基板の粗面化方法。
【請求項２】
前記ブラストマスクは、
互いに対して間隔をあけ、互いに平行となるよう配置された複数の第１の部材と、
前記第１の部材と交差し、互いに対して間隔をあけ、互いに平行となるよう配置された複数の第２の部材と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板の粗面化方法。
【請求項３】
前記ブラストマスクは、前記第１の部材と前記第２の部材が直交するよう構成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の基板の粗面化方法。
【請求項４】
前記ブラストマスクは、前記第１の部材と前記第２の部材とのなす角が４５度となるよう構成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の基板の粗面化方法。
【請求項５】
前記ブラストマスクは、隣接する前記第１の部材間の間隔が、隣接する前記第２の部材間より大きい、
ことを特徴とする請求項４に記載の基板の粗面化方法。
【請求項６】
前記エッチングが、異方性アルカリエッチングである、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法。
【請求項７】
前記第２の工程では、前記基板の結晶方位に基づいて前記第１の部材または前記第２の部材の前記基板に対する配置を決定し、決定した配置となるよう前記ブラストマスクを前記保護膜に対して被着する、
ことを特徴とする請求項６に記載の基板の粗面化方法。
【請求項８】
前記エッチングが、等方性エッチングである、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法。
【請求項９】
前記基板が、単結晶シリコン基板である、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法。
【請求項１０】
前記ブラストマスクの材質が、ステンレスである、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法。
【請求項１１】
前記第２の工程では、前記保護膜に対して開口の無い無開口マスクを被着し、前記保護膜の前記無開口マスクが被着されない領域に対して前記ブラストマスクを被着する、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法。
【請求項１２】
前記基板を、前記第１導電型の半導体基板でありかつ表面に第２導電型の不純物元素を拡散して拡散層を形成された半導体基板とし、
前記無開口マスクの被着する領域を電極が形成される領域とする、
ことを特徴とする請求項１１に記載の基板の粗面化方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の基板の粗面化方法により第１導電型の半導体基板の一面側を粗面化する粗面化工程と、
前記半導体基板の一面側に、第２導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記半導体基板の一面側における電極形成領域および前記半導体基板の他面側に電極を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ブラストマスクは、
互いに対して間隔をあけ、互いに平行となるよう配置された複数の第１の部材と、前記第１の部材と交差し、互いに対して間隔をあけ、互いに平行となるよう配置された複数の第２の部材と、を備える第１のマスク部と、
前記第１のマスク部の開口のうちの一部を塞ぐよう前記第１のマスク部と一体化して形成れる第２のマスク部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板の粗面化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等の光電変換装置の性能向上には、太陽電池を構成する基板内部に太陽光を効率良く取り込むことが大切である。このため、光電変換装置では、光入射側の基板表面にテクスチャ加工を施し、基板表面で一度反射した光を再度基板表面に入射させることで、より多くの太陽光を基板内部に取り込み、光電変換効率の向上を図っている。ここでテクスチャ加工とは、基板表面に意図的に数十ｎｍ〜数十μｍの寸法の微細凹凸を形成する加工のことである。【０００３】
太陽電池用の基板にテクスチャ形成を行う方法として、基板が単結晶基板の場合には、エッチング速度に結晶方位依存性を有する異方性エッチングが広く用いられる。異方性エッチングでは、結晶方位を利用し、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液を用いてエッチングを行なう。例えば、（１００）面を有するシリコン基板に対して、この異方性エッチングを行うと、（１１１）面が露出したピラミッド状のテクスチャが基板表面に形成される。【０００４】
単結晶基板にテクスチャを形成する場合、エッチングマスクを利用すると理想的な逆ピラミッドテクスチャを基板表面に形成することができる。この際に、エッチングマスクを写真製版法等により形成する方法が実用化されている。しかし、写真製版法はプロセスコストが高く、また大型の基板には適用しにくいという欠点があった。【０００５】
また、面方位に依存しない溝の加工方法として、例えば、シリコン基板の表面に開口部を有するエッチングマスク膜を形成し、このマスク膜表面に対してエアーブラスト加工を実施することでマスク開口部に溝または凹部をテクスチャとして形成する方法が提案されている（下記特許文献１参照）。【０００６】
一方、写真製版に替わるエッチングマスクの形成方法を用いたテクスチャ形成方法として、本発明者らは下記特許文献２に記載のテクスチャ形成方法を提案している。下記特許文献２に記載の方法では、シリコン基板の表面にエッチングマスク膜を形成し、このマスク膜表面に対してエアーブラスト加工を実施することでマスク表面に開口部を形成し、引き続きエッチング加工を実施することでテクスチャを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−４３６０１号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１２８３２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の写真製版法により形成したエッチングマスクを用いるテクスチャ形成方法では、プロセスコストが高く、また大型の基板には適用しにくい、という問題がある。【０００９】
また、上記特許文献１に記載のテクスチャ形成方法では、エアーブラスト加工は保護マスクの開口部を通してのみ施される。このため、保護マスクの被着している領域は当初の基板表面形状、すなわち平坦な形状を維持したままである。この場合には、この平坦面へ入射した光に対しては光閉じ込め効果は発揮できず、良好な光反射抑制効果が得られない、という問題がある。【００１０】
また、上記特許文献１に記載のテクスチャ形成方法では、保護マスクとして樹脂膜を印刷等によって形成する。このため、１０μｍ程度の微細なパターンを基板表面に形成することができない、という問題を有する。また、保護マスクに微細なパターンを形成できたとしても、基板のテクスチャ形成時に、直径１０μｍ前後の砥粒を用いたブラスト加工を行っている。このため、１０μｍ程度の微細な凹凸パターンを基板表面に形成することはできない、という問題がある。さらに、上記特許文献１に記載のテクスチャ形成方法では、基板のテクスチャ形成にブラスト加工を使用しているため、砥粒が衝突して生じたマイクロクラック等の損傷が基板表面に生じる、という問題がある。【００１１】
さらに、上記特許文献１に記載のテクスチャ形成方法では、保護マスクの印刷の工程とブラスト加工後に保護マスクを除去する工程とが必要になり、工程が複雑になる、という問題がある。【００１２】
また、上記特許文献２に記載の技術によれば、エッチングマスク膜に開口部を形成するためにブラスト加工を用いているため、エッチングマスク膜の開口部の位置、形状、大きさ等がランダムとなり、均一で良好なテクスチャ形成ができない、という問題がある。【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マイクロクラック等の損傷が基板表面に生じることなく良好なテクスチャが形成でき、さらに容易な工程により基板表面の微細な粗面化を均一に行うことができる基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板の表面に保護膜を形成する第１の工程と、規則的に配置された開口を有する着脱可能なブラストマスクを前記保護膜に対して被着する第２の工程と、前記ブラストマスクを通してブラスト加工処理を施すことにより前記保護膜の前記ブラストマスクの被着しない領域に開口を形成する第３の工程と、前記ブラストマスクを取り外す第４の工程と、前記開口が形成された前記保護膜をエッチングマスクとして、前記基板における前記保護膜が形成された面に対して、前記保護膜が耐性を有する条件でエッチングを施す第５の工程と、前記保護膜を除去する第６の工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マイクロクラック等の損傷が基板表面に生じることなく良好なテクスチャが形成でき、さらに容易な工程により基板表面の微細な粗面化を均一に行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１の基板の粗面化方法により表面の粗面化が施された基板の一例を示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第１の工程を説明するための断面図である。
【図２−２】図２−２は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第２の工程を説明するための断面図である。
【図２−３】図２−３は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第３の工程を説明するための断面図である。
【図２−４】図２−４は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第４の工程を説明するための断面図である。
【図２−５】図２−５は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第５の工程を説明するための断面図である。
【図２−６】図２−６は、実施の形態１の基板の粗面化方法の第６の工程を説明するための断面図である。
【図３】図３は、ブラスト加工装置の構成例を示す模式図である。
【図４−１】図４−１は、実施の形態１のブラストマスクの一例を示す図である。
【図４−２】図４−２は、実施の形態１のブラストマスクの別の一例を示す図である。
【図５−１】図５−１は、形成方法の違いによるテクスチャ窪みの形状の差異を説明するための図である。
【図５−２】図５−２は、形成方法の違いによるテクスチャ窪みの形状の差異を説明するための図である。
【図５−３】図５−３は、形成方法の違いによるテクスチャ窪みの形状の差異を説明するための図である。
【図６−１】図６−１は、実施の形態１の光起電力装置の構成例を示す断面図である。
【図６−２】図６−２は、実施の形態１の光起電力装置の構成例を示す上面図である。
【図７】図７は、実施の形態１の光起電力装置の発電特性の評価結果の一例を示す図である。
【図８】図８は、選択エミッタ構造形成用ブラストマスクの構成の一例を示す上面図である。
【図９−１】図９−１は、予め拡散処理を行った基板に対して選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いてエッチング処理までを行った状態の構成例を示す図である。
【図９−２】図９−２は、耐エッチング性膜を除去した状態の基板の構成例を示す図である。
【図９−３】図９−３は、基板に対して再度拡散処理を行った状態の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２の光起電力装置の発電特性の評価結果の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３の選択エミッタ構造形成用ブラストマスクの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本発明において基板の材質、および粗面化された基板の用途は特に限定しないが、以下の説明では一例として単結晶シリコン基板の粗面化について説明する。また基板の用途として、単結晶シリコン太陽電池を製造するために用いるものとして説明する。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各部材の縮尺が実際と異なる場合があり、各図面間においても同様である。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１の基板の粗面化方法により表面の粗面化が施された基板１の一例を示す断面図である。図１に示した基板１は、光起電力装置である太陽電池用の基板であるｐ型単結晶シリコン基板である。この基板１には、穴間平均ピッチが略１０μｍ程度の逆ピラミッド状を呈するテクスチャ窪み５が基板表面に略均一に形成されている。
【００１９】
つぎに、このような基板１を形成するための本実施の形態の基板の粗面化方法について説明する。図２−１〜図２−６は、本実施の形態の基板の粗面化方法の工程を説明するための断面図である。本実施の形態の基板の粗面化方法は、第１の工程〜第６の工程を含み、図２−１は第１の工程を、図２−２は第２の工程を、図２−３は第３の工程を、図２−４は第４の工程を、図２−５は第５の工程を、図２−６は第６の工程を、それぞれ説明するための図である。以下、これらの図面を参照して本実施の形態の基板の粗面化方法を説明する。
【００２０】
第１の工程では、図２−１に示すように粗面化を行う対象であるｐ型単結晶シリコン基板１ａ（以下、基板１ａと称する）の一面側の表面に、保護膜として、後述の第５の工程で実施するエッチングに対してエッチング耐性を有する膜（以下、耐エッチング性膜と称する）２を形成する。
【００２１】
本実施の形態の基板１ａは、民生用太陽電池向けとして多く使用されている単結晶シリコン基板であり、例えば、単結晶シリコンインゴットからマルチワイヤーソーでスライスした後に、酸またはアルカリ溶液を用いたウェットエッチングでスライス時のダメージを除去したものである。一例として、ここでは、ダメージ除去後の基板１ａの厚みは２００μｍ、寸法は１５ｃｍ角とする。なお、基板１ａの厚みおよび寸法はこれに限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【００２２】
また、耐エッチング性膜２は、熱酸化法により成膜された膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜（ＳｉＯ２、ＳｉＯ）である。なお、ここでは、耐エッチング性膜２として酸化シリコン膜を用いたが、耐エッチング性膜２として窒化シリコン膜（ＳｉＮ）、酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）、アモルファスシリコン膜（а−Ｓｉ）、ダイアモンドライクカーボン膜等、他の材質を用いても良い。
【００２３】
また、耐エッチング性膜２の膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍとすることが好ましい。耐エッチング性膜２の膜厚が１０ｎｍ以上であれば、後述の第５の工程において基板１ａの耐エッチング性膜２が形成された側の一面に対してエッチングを施す際に、耐エッチング性膜が多少削られたとしても確実に耐エッチング性膜として機能する。また、耐エッチング性膜２の膜厚が５００ｎｍ以下であれば、後述の第３の工程で耐エッチング性膜２に対して確実に微細穴加工を施すことができる。なお、耐エッチング性膜２の膜厚は、これに限定されず、後述の第５の工程において確実に耐エッチング性膜として機能し、後述の第３の工程で確実に微細穴加工を施すことができるような厚さにあればよい。
【００２４】
第２の工程では、図２−２に示すように耐エッチング性膜２に対して開口部を有する着脱可能なブラストマスク３を被着する。ブラストマスク３としては、例えば、ステンレスのメッシュが使用可能である。メッシュ数が５００番であれば、５０μmピッチで２０〜４０μm程度の開口部を形成することができる。なお、ブラストマスク３は開口部を有するメッシュ状であればよく、ブラストマスク３の材質およびメッシュの形状およびサイズはこれに限定されない。
【００２５】
第３の工程では、図２−３に示すように耐エッチング性膜２に対してブラストマスク３の開口部に相当する位置（ブラストマスク３に覆われていない部分）に微細穴加工を施す。すなわち、ブラスト加工処理により耐エッチング性膜２に複数の微細開口４を開ける。このときブラスト加工処理に用いる砥粒としては、例えばアルミナ砥粒を使用する。本発明者らは、基板１にクラックを発生させることなく耐エッチング性膜２であるＳｉＯ２膜に開口を形成するために最も適した砥粒を求め、研究を重ねた結果、アルミナ砥粒が最も適しているとの知見に至った。しかしながら、ブラスト加工処理の砥粒はこれに限定されるものではなく、耐エッチング性膜２に微細開口４を開けることができれば、アルミナ砥粒以外の他の砥粒を用いてもかまわない。
【００２６】
図３は、本実施の形態の基板の粗面化方法において、耐エッチング性膜２に複数の微細開口４を形成する際に使用する装置（以下、ブラスト加工装置と称す）の構成例を示す模式図である。図３に示すブラスト加工装置は、砥粒噴射ノズル１１と、砥粒タンク１２と、圧縮空気ボンベ１３と、を備える。このブラスト加工装置では、砥粒タンク１２から供給されるブラスト砥粒１４を、圧縮空気ボンベ１３から供給される圧縮空気により砥粒噴射ノズル１１から噴出し、噴出したブラスト砥粒１４を加工対象物表面（ここでは、基板１ａに形成された耐エッチング性膜２）へ衝突させることで表面を切削加工する。本実施の形態では、ブラストマスク３を耐エッチング性膜２の上に被着しており、耐エッチング性膜２は、ブラストマスク３の有る部分は切削加工されず、ブラストマスク３の無い部分（ブラストマスク３の開口部に対応する部分）のみが切削加工される。
【００２７】
また、図３では図示しないが、ブラスト砥粒１４を砥粒噴射ノズル１１から噴出させた状態で基板１ａを該基板１ａの面内方向に平行移動させることで、ブラスト砥粒１４を基板面内全面に作用させることができる。これにより、基板面内全面に対して均一に切削加工して、耐エッチング性膜２に微細開口４を開けることができる。
【００２８】
図４−１は、本実施の形態のブラストマスク３の一例を示す図である。図４−１では、ブラストマスク３を正方格子の開口部を有する直交織りメッシュとした場合の模式図を示している。メッシュの織り目を結晶方位の１００方向に合わせることで、基板１ａに対して、逆ピラミッド型のテクスチャ窪み５を正方格子状の配列で形成することができる。
【００２９】
また、図４−２は、ブラストマスク３の別の一例を示す図である。図４−２に示したブラストマスク３は、三角格子の開口部を有する４５度の斜め織りメッシュであり、片方の織りの間隔が他方に比べ狭く、筋状の開口部を有するメッシュである。このメッシュを用い、メッシュの開口部の長手方向を結晶方位の１１０方向（逆ピラミッドの対角線方向）に合わせて、耐エッチング性膜２に筋状の微細開口４を形成する。このようにして、基板１ａに対して、逆ピラミッド型のテクスチャ窪み５を正方格子状の配列で形成することができる。図４−２に示したブラストマスク３の形状および配置を用いると、少ない開口面積であっても、逆ピラミッド型のテクスチャ窪み５を形成することが可能である。
【００３０】
なお、ここでは、メッシュ状の例としては、互いに対して間隔をあけ、かつ互いに平行となるよう配置された複数の第１の部材と、前記第１の部材と交差し、互いに対して間隔をあけ、かつ互いに平行となるよう配置された複数の第２の部材と、で構成される（２方向の部材で構成される）ブラストマスク３を示したが、ブラストマスク３は、これに限らず、一定間隔ごとに一定の形状および大きさの開口を有すれば、たとえば、板状の部材に開口部をあけて形成されたシート等を用いてもよい。なお、一般には微細な開口を形成するには、２方向の部材で構成されるメッシュの方が開口を設けた板状のメッシュを形成するより加工が容易である。
【００３１】
第４の工程では、図２−４に示すようにブラストマスク３を取り外す。なお、ブラストマスク３の取り外し方は特に限定しないが、ブラストマスク３としてステンレスのメッシュ等を用いることにより、樹脂膜等をブラストマスクとして用いる場合に比べ容易に取り外すことができる。
【００３２】
第５の工程では、微細穴加工が施された耐エッチング性膜２をマスクとして、基板１ａの耐エッチング性膜２が形成された側の一面に対してエッチングを施し、図２−５に示すようにテクスチャ窪み５を形成する。第５の工程で施すエッチングとしては、例えばＮａＯＨやＫＯＨ等のアルカリ性水溶液を用いた湿式エッチングを実施する。この場合、テクスチャ窪み５の形状は結晶面方位により異なる。なお、エッチングの方法としては、アルカリ性水溶液を用いた湿式エッチングに限らず、フッ酸硝酸混合物を用いた湿式エッチングを用いてもよいし、乾式エッチングを用いてもよい。図５−１〜図５−３は、形成方法の違いによるテクスチャ窪み５の形状の差異を説明するための図である。
【００３３】
図５−１は、アルカリ性水溶液を用いてエッチングを行い、（１００）面が表出した基板１ａの表面に対してテクスチャ窪み５ａを形成した例を示している。図５−１は、従来行なわれてように、印刷等により開口部を形成した樹脂膜をエッチングマスクとして用いた場合に対応する例である。従来の方法では、エッチングが進行して（１１１）面が露出した時点でエッチングの進行は極めて遅くなり、耐エッチング性膜２の下側におけるサイドエッチングは十分には進行せず、基板１ａの表面に平坦部６が残存し、後に反射率抑制を阻害する要因となる。
【００３４】
図５−２は、窪み７をブラスト加工により形成した例である。図５−２に示すように、ブラスト加工により形成した窪み７はブラスト加工時の保護マスクの開口部のほぼ直下のみに形成される。したがって、ブラスト加工により形成した窪み７をテクスチャ窪みとして用いる場合、保護マスクを被着している領域は当初の基板表面形状のままであり、反射率抑制を阻害する要因となる。一方、本実施の形態では、耐エッチング性膜２に開口を形成する際に、ブラスト加工を用いているため、図５−２に示したブラスト砥粒１４による窪み７がシリコン基板内部まで形成される。すなわち、第４の工程の後に、図５−２の例の窪み７と同様の窪みが生じることになる。したがって、第５の工程で、図５−１に示した例と同様に、（１００）面が表出した基板１ａの表面に対してアルカリ性水溶液を用いてエッチングを行う場合にも、この窪み７により横方向へのエッチング広がりが促進され、（１１１）面が露出した時点から再度エッチングがある程度進行し、平坦部６の残存が低減される。
【００３５】
図５−３は、アルカリ性水溶液を用いてエッチングを行い、（１１１）面が表出した基板１ａの表面に対してテクスチャ窪み５ａを形成した例を示している。（１１１）面が表出した基板１ａの表面に対しては、図５−３に示すようにほとんどエッチングが進行せず、テクスチャ窪み５が形成されない。
【００３６】
ここで、第２の工程におけるブラスト加工処理の条件決定方法について説明する。ブラスト加工では、ブラスト加工条件として、エアー圧力、エアー流量、ノズル−基板間距離、掃引速度を調整する必要がある。本実施の形態では、耐エッチング性膜２に開口される穴（微細開口４）の直径の大きさや形状、すなわちブラストマスク３の開口部の大きさや形状、また耐エッチング性膜２の厚さなどに応じてこれらの条件を調整する。また、ブラストマスク３の開口部の下部の耐エッチング性膜２に対して、ブラスト砥粒１４が複数回衝突することで、ブラストマスク３の開口部の下部となる耐エッチング性膜２に開口されたことと等価となる。従って、耐エッチング性膜２に所望の開口状態が得られる様に、ブラスト加工処理条件と加工時間を調整する必要がある。
【００３７】
なお、耐エッチング性膜２の開口径はブラストマスク３の開口径で規定され、開口径が大きいと逆ピラミッドの深さも大きくなる。したがって基板１ａの厚さにより、ブラストマスク３の開口径が制限される。
【００３８】
第６の工程では、図２−６に示すように、耐エッチング性膜２を除去することで、テクスチャ窪み５を表出させる。耐エッチング性膜２の除去には、例えばフッ酸水溶液を使用することができる。なお、これに限らずどのような方法で耐エッチング性膜２の除去を行なってもよい。以上の工程により、図２−６に示すように、例えば２０μｍ程度のパターンを有する逆ピラミッドテクスチャ構造を基板１の表面に形成することができる。
【００３９】
図６−１および図６−２は、上述した基板１を用いて製造した光起電力装置の構成例を示す図であり、図６−１は光起電力装置の断面図、図６−２は光起電力装置の上面図である。図６−１および図６−２に示す光起電力装置は、基板表層に第２導電型の不純物を拡散したｎ層２１ａを有する第１導電型の半導体基板２１と、半導体基板２１の受光面側の面（表面）に形成された反射防止膜２２と、半導体基板２１の受光面側の面（表面）に形成された受光面側電極２３と、半導体基板２１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面電極２４と、を備える。
【００４０】
また、受光面側電極２３としては、光起電力装置のグリッド電極２３ａおよびバス電極２３ｂを含む。図６−１ではグリッド電極２３ａの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板２１（半導体基板２１のｎ層２１ａを除いた部分）には、上述した基板の粗面化方法を用いて基板表面にテクスチャ構造を形成した基板１を使用して、１５ｃｍ角の光起電力装置を構成している。
【００４１】
つぎに、上述した基板１を用いて図６−１および図６−２に示す光起電力装置を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な単結晶シリコン基板を用いた光起電力装置の製造工程と同様であるため、特に図示しない。また、ここで説明する工程は一例であり、基板１の製造工程以外の、光起電力装置を製造するための工程はこれらに限らずどのような工程を用いてもよい。
【００４２】
上記の第６の工程の処理が完了した基板１を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気の存在下で加熱して基板１の表面にリンガラスを形成することで基板１中にリンを拡散させ、基板１の表層にｎ層２１ａを形成する。拡散温度は、例えば８４０℃とされる。
【００４３】
つぎに、フッ酸溶液中で基板１のリンガラス層を除去した後、反射防止膜２２としてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりＳｉＮ膜をｎ層２１ａ上に受光面側電極２３の形成領域を除いて形成する。反射防止膜２２の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜２２は、スパッタリング法など、上記と異なる成膜方法により形成しても良い。
【００４４】
つぎに、基板１の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、基板１の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極２３と裏面電極２４とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば７６０℃で実施する。以上のようにして、図６−１および図６−２に示す光起電力装置が作製される。
【００４５】
上記の工程により製造された光起電力装置の性能評価した結果に関して説明する。なお、光起電力装置の際に、基板１の粗面化を実施した時点（第６の工程の後）で基板１の光反射特性を、分光光度計で評価した。この評価の結果、波長６２８ｎｍにおける反射率は１０％程度であった。
【００４６】
一方、比較例として、基板表面にテクスチャを形成しない基板の反射率を評価した結果、波長６２８ｎｍにおける３０％程度であった。したがって、本実施の形態の基板の粗面化方法により粗面化を施した基板１は、良好な反射率抑制効果を発揮していることがわかった。
【００４７】
次に、作製した光起電力装置を実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。図７は、本実施の形態の光起電力装置の発電特性の評価結果の一例を示す図である。図７では、この結果として得られた開放電圧Ｖｏｃ（ｍＶ）、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、曲線因子ＦＦおよび光電変換効率Ｅｆｆ（％）を示している。
【００４８】
また比較例として、上記の比較例の基板を使用して１５ｃｍ角の光起電力装置を作製した。そして、この比較例の光起電力装置を実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。その結果として開放電圧Ｖｏｃ（ｍＶ）、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、曲線因子ＦＦおよび光電変換効率Ｅｆｆ（％）を図７に併せて示す。
【００４９】
図７からわかるように、本実施の形態の光起電力装置では、比較例の光起電力装置と比較して短絡電流密度が大幅に増大し（比較例３５．６［ｍＡ／ｃｍ２］に対して、３７．１［ｍＡ／ｃｍ２］）、光電変換効率が向上している（比較例１７．３７％に対して１８．０２％）。これにより、本実施の形態の基板の粗面化方法により粗面化を施した基板１を使用して光起電力装置を構成することにより、基板１の表面反射損失の抑制が奏功して、短絡電流密度が大幅に増大し、光電変換効率の向上に寄与することがわかった。
【００５０】
上述したように、本実施の形態の基板の粗面化方法によれば、耐エッチング性膜２の微細穴加工にブラスト加工を用いるため、リソグラフィのような高価な装置および冗長な製造工程を必要とせずに耐エッチング性膜２の微細穴加工を実現することができ、基板１ａの表面に対して簡便に微細な粗面化を均一に実施することができる。
【００５１】
また、本実施の形態の基板の粗面化方法によれば、耐エッチング性膜２のパターニングに樹脂印刷のような工程を用いないため、簡略な工程で基板１ａの表面に対して微細な粗面化を均一に実施することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の基板の粗面化方法によれば、基板１ａの粗面化に湿式または乾式エッチングを用いるため、砥粒径にとらわれることなく微細な凹凸加工が実施できる。また、耐エッチング性膜２の下側へも等方的にエッチングが進行し、いわゆるサイドエッチング加工を施すことができるため、耐エッチング性膜２の下部に不要な平坦部が残存しないため、これにより、基板１ａの表面に対して簡便に粗面化を均一に実施することができる。
【００５３】
また、基板１ａの粗面化にブラスト加工ではなく、湿式または乾式のエッチングを用いるため、ブラスト加工に起因したマイクロクラック等の基板損傷を防止することができる。これにより、粗面化に起因した基板表面の品質を低下させることなく、基板１ａの表面に対して微細な粗面化を実施することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、開口部を有するメッシュ状のブラストマスク３を用いてブラスト加工によって耐エッチング性膜２に微細開口４を設けるようにした。そのため、ブラストマスク３を用いてブラスト加工によって耐エッチング性膜２に微細開口４を設ける場合に比べ、エッチングマスク膜の開口部の位置、形状、大きさ等を均一にすることができる。したがって、基板１ａの表面に対して均一に粗面化を実施することができる。
【００５５】
したがって、本実施の形態の基板の粗面化方法によれば、基板表面の品質を保持しながら基板表面の微細な粗面化を均一に行うことが可能であり、優れた反射抑制効果を発揮する基板の粗面化が可能である。
【００５６】
また、本実施の形態の光起電力装置の製造方法によれば、上記の本実施の形態の基板の粗面化方法を用いて基板表面の粗面化を施した基板１を用いて光起電力装置を製造するため、光入射側の基板表面における表面光反射損失が大幅に低減され、光電変換効率の向上が図られた、良好な光電変換効率を有する光起電力装置を製造することができる。これにより、従来と同等の光電変換効率を有する光起電力装置を製造する際には、基板の面積を小さくし、基板の原材料の減量化を図るとともに、光起電力装置の小型化、軽量化、減容化を図ることが可能である。
【００５７】
実施の形態２．
つぎに、本発明にかかる実施の形態２の基板の粗面化方法について説明する。本実施の形態では、基板１ａとして予め拡散済みの基板を用い、またブラストマスク３に電極領域部分をマスクする部分を追加する。これにより、太陽電池の高効率化が可能となる選択エミッタ構造を形成することができる。選択エミッタ構造とは、電極部分のみを２回拡散することで、電極部分を受光面部分より低抵抗化した構造である。基板１ａとして予め拡散済みの基板を用い、またブラスト加工時に用いるマスクとして実施の形態１のブラストマスク３に電極マスク２５を追加したマスクを使用する点を除いた本実施の形態の基板の粗面化方法は実施の形態１の基板の粗面化方法と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００５８】
本実施の形態では、基板１ａとして、例えばｐ型単結晶シリコン基板に対してオキシ塩化リン蒸気の存在下で加熱することによりｎ層（拡散層）が形成されている拡散済みの基板を用いる。そして、この基板１ａを用いて、実施の形態１と同様に第１の工程を実施する。つぎに、実施の形態１と同様に第２の工程を実施するが、その際に耐エッチング性膜２に対して被着するブラスト加工用のマスクとして電極マスク２５を追加したマスク（以下、選択エミッタ構造形成用ブラストマスクと称する）を用いる。第３の工程では、この選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いてブラスト加工を実施する。
【００５９】
図８は、選択エミッタ構造形成用ブラストマスクの構成の一例を示す上面図である。図８に示すように、選択エミッタ構造形成用ブラストマスクは、テクスチャを形成するための開口部を有する実施の形態１と同様のブラストマスク３と、電極部分を形成するための開口部のない電極マスク２５と、で構成されている。第３の工程で、この選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いてブラスト加工を行なうことにより、電極部分はブラスト加工されずテクスチャは形成されない。なお、電極マスク２５は、開口を有しない無開口マスクであり、バス電極２３ｂに相当する１〜２mm程度の幅広の部分とグリッド電極２３ａに相当する１００〜５００μm程度の狭幅の部分で構成される。電極マスク２５は、上記の形状に限定されず、形成される電極の領域に応じて形状を決定すればよい。以下、実施の形態１と同様に第４の工程〜第６の工程を実施する。
【００６０】
図９−１は、予め拡散処理を行った基板１ａに対して本実施の形態の選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いてエッチング処理までを行った状態の構成例を示す図である。図９−１は、予め拡散処理を行った基板１ａに対して、本実施の形態の選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いて実施の形態１と同様の第１の工程〜第５の工程を実施した後の、基板１ａの断面図を示している。電極領域２６は、耐エッチング性膜２のうち電極マスク２５の領域に対応する部分であり、電極マスク２５に覆われていることによりブラスト加工時に開口されずに残った部分である。また、第５の工程のエッチング処理により、基板１ａの表面のうち、電極領域２６が被着していない部分は拡散層が除去されるが、電極領域２６が被着している電極下拡散層２７には、拡散層が残る。
【００６１】
図９−２は、第６の工程により耐エッチング性膜２を除去した状態の基板１ａの構成例を示す図である。図９−２は、図９−１で示した基板１ａに対して耐エッチング性膜２を除去した状態を示している。耐エッチング性膜２を除去することにより、電極下拡散層２７が表出した基板１が生成される。その後、この基板１を用いて、実施の形態１で述べた光起電力装置の製造方法と同様の製造方法により、光起電力装置を作製する。
【００６２】
図９−３は、基板１に対して再度拡散処理を行った状態の構成例を示す図である。図９−３は、本実施の形態の第１の工程〜第６の工程により生成された基板１を用いて、実施の形態１で述べた光起電力装置の製造する過程で、拡散処理を行った後の状態を示している。本実施の形態では、基板１ａとして拡散処理済みの基板を用いているため、この拡散処理は２回目の拡散処理となる。
【００６３】
この２回目の拡散処理の結果、電極下再拡散層２８は１回目の拡散処理により形成された拡散層が残った状態で２回の拡散処理が実施されるため、抵抗値が低い。これに対して、上述のエッチング処理時に電極領域２６が被着していなかった領域であるテクスチャ領域２９では、エッチング処理時に１回目の拡散処理により形成された拡散層は除去されているため、１回の拡散処理に対応する拡散層が形成され、電極下拡散層２８に比べて抵抗値が高くなる。このような選択エミッタ構造を形成することにより、受光面では拡散濃度が低く光照射により発生した電子の再結合が押さえられ、一方電極領域は拡散濃度が高く抵抗が低いので発生した電子の集電が容易となる。これにより、変換効率の向上が可能となる。
【００６４】
つぎに、本実施の形態の製造工程により作製した光起電力装置を実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。図１０は、本実施の形態の光起電力装置の発電特性の評価結果の一例を示す図である。図１０では、評価結果として得られた開放電圧Ｖｏｃ（ｍＶ）、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ2）、曲線因子ＦＦおよび光電変換効率Ｅｆｆ（％）を示している。図１０では、実施の形態１の光起電力装置の評価結果も併せて示す。
【００６５】
図１０からわかるように、本実施の形態の光起電力装置では、実施の形態１の光起電力装置と比較して開放電圧（実施の形態１では６３０［ｍＶ］に対し本実施の形態では６３５［ｍＶ］）と短絡電流密度（実施の形態１では３７．１［ｍＡ／ｃｍ2］に対し本実施の形態では３８．１［ｍＡ／ｃｍ2］）が増大し、光電変換効率が向上している。これにより、本実施の形態にかかる基板の粗面化方法により粗面化を施した基板１を使用して光起電力装置を構成することにより、光電変換効率の向上に寄与することがわかった。
【００６６】
このように、本実施の形態では、基板１ａとして拡散済みの基板を用い、ブラスト加工時に実施の形態１のブラストマスク３に電極マスク２５を追加した選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを用いるようにした。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに選択エミッタ構造を形成することができ、実施の形態１に比べ光電変換効率を向上させることができる。
【００６７】
実施の形態３．
つぎに、本発明にかかる実施の形態３の基板の粗面化方法について説明する。図１１は、本実施の形態の選択エミッタ構造形成用ブラストマスクの構成の一例を示す斜視図である。本実施の形態では、選択エミッタ構造形成用ブラストマスクとして図１１に示すようにメッシュ部（第１のマスク部）３０にエマルジョン部（第２のマスク部）３１が貼りついて一体化されたマスクを使用する。
【００６８】
エマルジョン部３１の厚みは例えば２０〜１００ミクロンなどである。例えば、エマルジョン部３１としてスクリーン印刷で用いられるマスクを用いてもよい。エマルジョン部３１は、写真製版などでパターン加工することができる。
【００６９】
エマルジョン部３１はメッシュ部３０の複数のメッシュにまたがってメッシュの開口を塞ぎ、ブラスト砥粒の通過を防ぐ。これにより選択エミッタが形成される。エマルジョン部３１のパターニングは写真製版等により実施される。ブラスト砥粒によりエマルジョン部３１は徐々に削れるが、例えばゴム系の材料を使用することでエマルジョン部３１の削れを抑制することが可能である。またメッシュ部３０とエマルジョン部３１は一体化されているため、両者の位置合わせの必要がない。
【００７０】
本実施の形態の選択エミッタ構造形成用ブラストマスクを使用した基板の粗面化方法は実施の形態２の基板の粗面化方法と同じであるため説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明にかかる基板の粗面化方法および光起電力装置の製造方法は、基板表面の品質を保持しつつ、また簡易な方法で基板表面の微細な粗面化を均一に行う場合に有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１ａ  基板
２  耐エッチング性膜
３  ブラストマスク
４  微細開口
５  テクスチャ窪み
６  平坦部
７  窪み
１１  砥粒噴射ノズル
１２  砥粒タンク
１３  圧縮空気ボンベ
１４  ブラスト砥粒
２１  半導体基板
２１ａ  ｎ層
２２  反射防止膜
２３  受光面側電極
２３ａ  グリッド電極
２３ｂ  バス電極
２４  裏面電極
２５  電極マスク
２６  電極領域
２７  電極下拡散層
２８  電極下再拡散層
２９  テクスチャ領域
３０  メッシュ部
３１  エマルジョン部
【図１】
2011122353.tif 000003
【図２−１】
2011122353.tif 000004
【図２−２】
2011122353.tif 000005
【図２−３】
2011122353.tif 000006
【図２−４】
2011122353.tif 000007
【図２−５】
2011122353.tif 000008
【図２−６】
2011122353.tif 000009
【図３】
2011122353.tif 000010
【図４−１】
2011122353.tif 000011
【図４−２】
2011122353.tif 000012
【図５−１】
2011122353.tif 000013
【図５−２】
2011122353.tif 000014
【図５−３】
2011122353.tif 000015
【図６−１】
2011122353.tif 000016
【図６−２】
2011122353.tif 000017
【図７】
2011122353.tif 000018
【図８】
2011122353.tif 000019
【図９−１】
2011122353.tif 000020
【図９−２】
2011122353.tif 000021
【図９−３】
2011122353.tif 000022
【図１０】
2011122353.tif 000023
【図１１】
2011122353.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月25日(2012.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に保護膜を形成する第１の工程と、
規則的に配置された開口を有する着脱可能なブラストマスクを前記保護膜に対して被着する第２の工程と、
前記ブラストマスクを通してブラスト加工処理を施すことにより前記保護膜の前記ブラストマスクの被着しない領域に開口を形成する第３の工程と、
前記ブラストマスクを取り外す第４の工程と、
前記開口が形成された前記保護膜をエッチングマスクとして、前記基板における前記保護膜が形成された面に対して、前記保護膜が耐性を有する条件でエッチングを施す第５の工程と、
前記保護膜を除去する第６の工程と、
を含み、
前記第２の工程では、前記保護膜に対して開口の無い無開口マスクを被着し、前記保護膜の前記無開口マスクが被着されない領域に対して前記ブラストマスクを被着する、ことを特徴とする基板の粗面化方法。
【請求項２】
前記基板を、前記第１導電型の半導体基板でありかつ表面に第２導電型の不純物元素を拡散して拡散層を形成された半導体基板とし、
前記無開口マスクの被着する領域を電極が形成される領域とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の基板の粗面化方法。
【国際調査報告】
2011122353.tif 000025
2011122353.tif 000026
2011122353.tif 000027
2011122353.tif 000028